CFB锅炉热效率计算方法分析.docx
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CFB锅炉热效率计算方法分析
DL/T964-2005和ASMEPTC4-1998标准循环流化床锅炉热效率计算方法分析
王建华1 焦传宝2
(四川电力调整试验所,成都610072;大唐阳城发电有限公司,山西阳城048102)
摘要:
介绍了《循环流化床锅炉性能试验规程》DLT964-2005标准和ASMEPTC4标准在锅炉效率的定义、输入热量、各项热损失的计算方法以及外来热量处理方法上的主要差别,通过某电厂300MW循环流化床(CFB)锅炉效率的实际测试进一步将两种标准进行对比分析,以便更好地指导电厂锅炉性能试验。
关键词:
锅炉热效率;DLT964-2005标准;ASMEPTC4-1998标准
随着我国大量引进国外技术、进口机组循环流化床锅炉或引进技术生产制造的机组循环流化床锅炉日益增多,因此越来越多地要求采用国际上通用的美国ASME标准作为依据进行锅炉性能考核试验。
我国在2005年6月1日颁布实施了中华人民共国和国电力行业标准DLT964-2005《循环流化床锅炉性能试验规程》(以下简称DLT964-2005标准),该标准是基于GB/T10184-1988《电站锅炉性能试验规程》而编写的循环流化床锅炉的性能试验方法。
本文详细分析了两个标准的异同点,以便更好地为电厂性能试验提供指导。
1 DLT964-2005标准和ASMEPTC4-1998标准有关试验项目对照
1.1锅炉效率的定义
锅炉效率包括燃料效率和锅炉毛效率两种表达形式。
在ASMEPTC4-1998标准中首次引入了燃料效率的概念。
当将输入能量定义为燃料释放的所有能量时所得的效率为燃料效率,即燃料效率为输出能量与输入燃料的化学能量(燃料的热值)之比;锅炉毛效率为输出能量与进入锅炉系统的总能量之比;总能量包括燃料输入热量加上外来热量之和。
1.2锅炉效率的表达式
DLT964-2005标准:
效率=100-×100
——锅炉热效率(毛效率),%
——排烟热损失百分率,%
——可燃气体未完全燃烧热损失百分率,%
——固体未完全燃烧热损失百分率,%
——锅炉散热损失百分率,%
——灰渣物理显热损失百分率,%
——石灰石分解热损失百分率,%
其中:
输入能量为进入锅炉系统的总能量,包括燃料输入热量、燃料及石灰石的物理显热、辅机电耗当量热量等。
ASMEPTC4-1998标准:
效率=(1-)×100
=100-(LmA+L'G+Lmf+LH+Lucd+Lco+Lbd+Lfa+Lβ)+B
其中:
空气中水分引起的热损失LmA,
干烟气热损失L'G,%
燃料中水分引起的热损失Lmf,%
氢燃烧生成水引起的热损失LH,%
未燃尽碳造成的热损失Lucd,%
生成CO造成的热损失Lco,%
底灰显热损失Lbd,%
飞灰显热损失Lfa,%
炉表面辐射和对流热损失Lβ,%
外来热量B,%
其中:
输入能量为燃料输入热量
由于两个标准对锅炉效率的定义不相同,也就使得在计算锅炉效率时的表达式也就不相同了。
1.3计算用燃料热值
DLT964-2005标准:
收到基低位发热量
ASMEPTC4-1998标准:
收到基高位发热量
1.4热效率计算方法
DLT964-2005标准:
先假定锅炉效率,通过正平衡有效吸热量的测定计算入炉燃料量,然后按反平衡迭代计算,前后两次热效率之差不大于0.01%。
ASMEPTC4-1998标准:
计算过程为迭代过程,即预先估计一个效率或燃料量(输入),以开始效率计算,然后反复计算,一直到效率值(燃料量或输入)处于可接受的范围内。
对确定效率的计算来说,且仅要求效率值精确到一位或两位小数,则效率值的0.1%作为收敛标准。
2 计算锅炉热效率时各损失比较
ASMEPTC4-1998标准和DLT964-2005《循环流化床锅炉性能试验规程》标准计算锅炉效率时各项损失项目的组成见表1。
ASMEPTC4-1998标准计算的热损失项目非常详尽,将不同损失的计算分为两类。
第一类,由于损失是燃料输入热量的函数,可容易地用单位燃料输入热量来表示,例如,表示为输入燃料的百分数。
由燃烧产物(例如,干烟气、燃料带入水分等)导致的各项损失均采用此单位表示。
第二类,这类损失与燃料输入热量无关,而更容易基于单位时间计算,例如,锅炉表面辐射和对流散热损失。
有些项目,例如冷渣器冷却水带走的热损失等,其损失值也较小,因而在试验前协商,引入不可计损失,通常不可计量损失为0.2%。
DLT964-2005标准采用了排烟热损失q2,可燃气体未完全燃烧热损失q3,固体未完全燃烧热损失q4,锅炉散热损失q5,灰渣物理显热损失q6,石灰石脱硫热损失q7的分项计算方法简单明了。
表1DLT964-2005标准和ASMEPTC4-1998标准
计算锅炉热效率各项损失组成表
各项损失项目
ASMEPTC4标准
DLT964-2005标准
干烟气热损失
LDG
q2(排烟热损失)
燃料和脱硫剂中水分引起的热损失
Lmfs
氢燃烧生成水造成的热损失
LH
空气中水分造成的热损失
LmA
烟气中一氧化碳引起的损失
Lco
q3(化学未完全燃烧损失)
因烟气中未燃碳氢物质造成的损失
LUHC
灰渣中未燃碳造成的损失
LUC
q4(机械未完全燃烧损失)
灰渣中未燃烧氢引起的损失
LUH
由表面辐射和对流引起的损失
Lß
q5(散热损失)
由灰渣显热引起的热损失
Ld
q6(灰渣物理热损失)
脱硫剂煅烧和脱水引起的损失
LCAL
q7(石灰石脱硫热损失)
生成硫酸盐放热反应热增益
B1
3 ASMEPTC4-1998标准和DLT964-2005标准主要差别
3.1输入热量的计算
对于ASMEPTC4-1998标准,输入能量为燃料输入热量,即燃料的热值,而把进入系统的干空气所携带的热量、空气中水分携带的外来热量、燃料和脱硫剂显热携带的能量、脱硫反应生成硫酸盐放热所带入的热量、辅机电耗当量热量等热量是作为外来热量,也就是作为热增益值进行计算的;
对于DLT964-2005标准,输入能量为进入锅炉系统的总能量,包括燃料输入热量、燃料及石灰石的物理显热、辅机电耗当量热量等。
即把ASMEPTC4-1998标准中所谓的外来热量这部分能量在国标中是作为输入热量进行计算的。
3.2参照温度
ASMEPTC4-1998标准的基准温度为77℉(25℃)。
为了计算由于锅炉入口空气温度和基准温度之差所带入的外来热量,需要确定进入锅炉系统的空气温度。
当采用暖风器且加热热源来自锅炉系统外时,进入锅炉系统的空气温度为暖风器出口的空气温度。
当暖风器中加热空气的热量是由锅炉系统内部提供(锅炉采生的蒸汽),则进入锅炉系统的空气温度为暖风器入口的空气温度。
DLT964-2005《循环流化床锅炉性能试验规程》标准的试验基准温度为送风机入口空气温度。
当所测得试验基准温度与设计的锅炉进风温度或基准温度有偏差时,需进行修正,将锅炉热效率换算到设计进风温度或基准温度下的热效率。
3.3散热损失
按照ASMEPTC4-1998标准的规定:
“该项损失由测定锅炉表面的平均温度和周围环境温度来间接计算。
需要在足够多的位置测定表面温度、环境温度和环境空气流速来确定具有代表性的平均值。
或者,试验各方可决定以锅炉机组的实际面积和下述标准的表面及环境条件为基础来确定该项损失。
国标DLT964-2005《循环流化床锅炉性能试验规程》标准的规定为:
CFB锅炉的散热损失,系指锅炉范围内的物体向四周环境散失的热量损失占输入热量的百分率。
CFB锅炉在额定蒸发量下的散热损失暂按GB10184-88附录F(补充件)查得。
热损失值的大小与锅炉机组的热负荷有关,当锅炉在其它蒸发量下运行时,可按下式计算:
式中:
——散热损失,%;
——额定蒸发量下的散热损失,%;
——锅炉的额定蒸发量,t/h;
——锅炉热效率测定时的实际蒸发量,t/h。
然后将乘以面积修正系数fxz:
fxz=FZ/(FZ-Ffl)
FZ——锅炉总表面积;
Ffl——锅炉分离回送系统等的表面积之和,包括分离器、立管、回料阀和外置换热器等的表面积。
3.4其它
ASMEPTC4-1998标准要求采用燃料的收到基高位发热量进行计算,在计算燃料和脱硫剂产生的水蒸汽引起的热损失时,以排烟温度下的水蒸汽焓与基准温度下的水焓之差为热损失。
但在很多情况下,国内锅炉厂家与电厂双方签订的技术协议中锅炉效率保证值的考核标准为ASMEPTC4-1998标准,而输入热量又要求以燃料收到基低位发热量进行计算。
在这种情况下,计算锅炉热效率中所涉及的燃料热量取低位热值,在计算燃料和脱硫剂产生的水蒸汽引起的热损失时处理方法不同,计算时取排烟温度和基础温度下的水蒸汽的焓值的差为热损失。
4 ASMEPTC4-1998标准和DLT964-2005标准效率计算比较
表2为性能考核试验采用DLT964-2005标准的效率计算结果;表3为ASMEPTC4-1998标准计算结果。
为了具有可比性,两种计算方法均采用的是某电厂1×300MW循环流化床(CFB)锅炉性能考核试验的原始数据,都采用燃料收到基低位发热量进行计算。
Car=41.75%Har=1.88%Oar=2.71%Nar=0.57%
Sar=2.52%Mar=7.10%Aar=43.47%
Qnet,ar=15380kJ/kg
底渣含碳量Cdz=1.23%飞灰含碳量Cfh=3.59%
底渣排渣流量Gdz=44218kg/h
SO2实际排放值(折算到O2=6%)=510.96mg/m3
排烟温度tpy=123.6℃排烟氧量O2=5.81%
底渣温度tbd=147.9℃排烟中CO=118.23ppm
表2性能考核试验采用DLT964-2005标准的效率计算结果
编号
项目
符号
单位
数值
1
辅机电耗当量热量
∑Qfj
kJ/kg
172
2
输入热量
Qr
kJ/kg
15648
3
脱硫效率
ηtl
%
94.3
4
钙硫摩尔比
Kglb
/
2.03
5
排烟热损失
q2
%
4.91
6
可燃气体未完全燃烧损失
q3
%
0.054
7
散热损失
q5
%
0.45
8
灰渣物理热损失
q6
%
0.28
9
固体未完全燃烧热损失
q4
%
3.44
10
石灰石锻烧热损失
q7
%
1.83
11
盐硫化放热(热增益值)
-2.31
12
总损失
∑q
%
8.65
13
锅炉效率
η
%
91.35
表3ASMEPTC4-1998标准计算结果
编号
项目
符号
单位
数据
1
干烟气热损失
LDG
%
4.69
2
氢燃烧生成水造成的热损失
LH
%
0.40
3
燃料及石灰石中水分造成的热损失
Lmfs
%
1.12
4
灰渣中未燃碳造成的损失
LUC
%
3.24
5
脱硫剂煅烧和脱水引起的损失
LCAL
%
1.67
6
由表面辐射和对流引起的损失
Lß
%
0.45
7
由灰渣显热引起的热损失
Ld
%
0.33
8
空气中水分引起的损失
LmA
%
0.11
9
生成CO造成的热损失
Lco
%
0.059
10
总损失
∑L
%
12.069
11
由脱硫反应带来的外来热量
B1
%
2.13
12
进入系统的干空气所携带的外来热量
B2
%
0.65
13
其
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